腦與認知的個體差異及對現(xiàn)代教育的啟示

李君 陳春輝 張維軍

認知的個體差異

人和人之間的差異是顯而易見的。人的身高、體重、容貌都彼此不同，除此以外，人的性格、能力、情緒情感也各不相同。這些個體差異正是心理學研究的重要問題。心理學家發(fā)現(xiàn)，早在嬰兒時期個體就表現(xiàn)出穩(wěn)定的人格和氣質(zhì)差異。美國醫(yī)生亞歷山大·托馬斯和斯特拉·切斯在研究大量嬰兒的基礎(chǔ)上提出嬰兒有三種氣質(zhì)類型——容易型、遲緩型和困難型，三種氣質(zhì)類型在情緒、生活習慣和適應(yīng)環(huán)境等方面都存在巨大的差異。

人們在各種認知能力上也存在巨大的差異。“臉盲”“樂盲”的共同之處在于它們代表了一群不具備某項認知能力的個體。與之相反，在某電視綜藝節(jié)目中我們見識了一群在記憶、計算、空間等某項認知能力上超強的個體。對于在人群中占絕大多數(shù)的普通人，他們的認知能力則居于中間。假如我們對某項認知能力在人群中的分布進行繪圖，就會得到一個鐘形曲線。從這個曲線中，我們可以找到95%的人所在的認知水平，并以它來代表正常范圍。以智商為例，它的個體差異非常明顯，變化范圍大約在0～180分之間，它的正常范圍大約是80～120分，低于80分和高于120分被分別視為超低和超高智力。

認知的個體差異還體現(xiàn)在認知發(fā)展速度上。有些個體在早期飛速發(fā)展，有些個體則發(fā)育相對較晚，但是最終都達到成熟的水平。幼兒時期語言能力強的個體在成年后未必有很強的語言表達能力，幼年時被冠以“笨小孩”標簽的個體成年后也有可能成為數(shù)學家。大腦是人類行為的指揮中心，是各種心理行為的生理基礎(chǔ)。行為水平上的個體差異，在一定程度上反映了大腦的結(jié)構(gòu)和功能的個體差異。21世紀初，一項針對6-16歲兒童的磁共振研究發(fā)現(xiàn)，聰明人（智商大于120分）與普通人（智商小于120分）具有完全不同的大腦皮層發(fā)育軌跡。聰明人大腦發(fā)育的窗口期更長，變化幅度更大。他們6歲時的前額葉皮層厚度明顯比普通人薄，但隨后逐年快速變厚，到大約11歲時達到普通人的皮層厚度，然后遠遠超過普通人，16歲前后因為突觸修剪等可能原因轉(zhuǎn)而逐漸變薄，與普通人的差別不再顯著。

認知的可塑性也存在個體差異。可塑性是指大腦對外界環(huán)境的改變可以做出的適應(yīng)性變化。人們常說的“孺子可教”“朽木不可雕”說的就是可塑性上的個體差異。在我們課題組的一項研究中，對大學生的工作記憶能力進行了針對性的訓練，除了發(fā)現(xiàn)訓練可以提升工作記憶能力外，我們還發(fā)現(xiàn)訓練后工作記憶能力的個體差異變得更大了。這是工作記憶自身的個體差異疊加了工作記憶可塑性的個體差異造成的。

個體差異的成因

談到個體差異的原因，人們很容易想到遺傳。但這并不是事實的全部。大量對雙生子的研究發(fā)現(xiàn)，各種認知能力，例如記憶力、注意力、語言和計算等個體差異均由遺傳和環(huán)境共同造就，遺傳的作用并不必然強于環(huán)境的作用。即便是我們通常認為受遺傳因素影響較大的智商，同樣也受環(huán)境因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，個體在智商分數(shù)上的差異也是由遺傳和環(huán)境共同影響造成的，遺傳只能解釋80%的智商分數(shù)差異。而對寄養(yǎng)子的研究則進一步證實個體成長所處的環(huán)境對其智商分數(shù)的影響。“龍生九子，子子不同”這句俗語雖然不夠科學，但卻通俗地講出了遺傳和環(huán)境的交互作用在個體發(fā)育過程中的關(guān)鍵作用。基因在一定程度上決定了個體的認知能力和其在漫漫人生路上的發(fā)展軌跡。與此同時，環(huán)境因素會在這個基礎(chǔ)上進一步發(fā)揮作用，從而為能力的提升提供了可能。所謂“三分天才，七分學”“功夫不負有心人”大概就是這個道理。很多研究都發(fā)現(xiàn)基因和環(huán)境對認知形成的交互作用。例如，多巴胺是前額葉重要的神經(jīng)遞質(zhì)，人們常常把它看作為聰明物質(zhì)。但前額葉多巴胺水平并不必然決定注意力、記憶力和智力等認知能力，而是通過與一些特定類型的教育或者訓練發(fā)生交互作用從而參與到認知能力的塑造過程。五羥色胺是大腦的另一種重要神經(jīng)遞質(zhì)，是決定人類情緒的重要物質(zhì)。兒童期被虐待的經(jīng)歷與五羥色胺之間的交互作用會影響成年后的攻擊性。

我們并不能改變自己終身都要攜帶的基因，但是卻可以通過改變環(huán)境塑造更強的大腦從而變相地“改變”基因。21世紀初的一項研究發(fā)現(xiàn)，出租車司機負責空間導航能力的大腦海馬區(qū)域比公交車司機和普通人大得多。這是因為出租車司機每天要識記和規(guī)劃大量地址和路線，獲得了大量機會訓練了他們的空間能力，而公交車司機每天行駛在固定的路線上，并不需要鍛煉這個能力。北京師范大學語言學家舒華教授的研究發(fā)現(xiàn)，兒童期家庭的藏書量越多，兒童獲得閱讀的機會越多，他們的語言能力越好。這說明優(yōu)質(zhì)的環(huán)境因素會促進認知能力的發(fā)展。在我們課題組的另一項研究中，我們發(fā)現(xiàn)一些基因會影響認知訓練給個體帶來的認知提升的幅度，但經(jīng)過更長更強的訓練后，基因造成的這種差異會變?nèi)酢？磥恚氨盔B”確實要先飛多飛。

腦科學研究成果給教育的啟示

首先我們應(yīng)該接納個體差異。人生是一場沒有指定路線的馬拉松。人們最終跑向不同的生活，這需要不同的技能和稟賦，因此家長和教育工作者應(yīng)該接納和重視個體之間的差異，發(fā)掘每個個體的長處，補充個體的短板，幫助孩子奔向各自的精彩人生。同時也要記住，個體的發(fā)展軌跡和速度各不相同，有人年少得志，有人大器晚成，不要讓“輸在起跑線”的焦慮控制了家長和孩子的生活。當然，我們也不是鼓勵放任自流，兒童青少年期是大腦可塑性最強的時期。我們在生活中也觀察到小孩子在這一人生階段學習能力越來越強。這種很強的學習能力可以持續(xù)到30歲左右，在此之后會開始逐漸下降。因此，“補漏趁天晴，讀書趁年輕”是有道理的，“少壯不努力，老大徒傷悲”也就可想而知了。

其次，教育要因材施教。我們的祖先很早就提出“因材施教”和“有教無類”，這些教學理念的核心是指我們的教學應(yīng)該從學生的個體差異和實際情況出發(fā)，有的放矢地對學生進行有差別的教育教學。分層教學是一個已經(jīng)有百余年發(fā)展歷史的教學方法，是人類對“因材施教”的主動嘗試。百余年來，盡管關(guān)于分層教學的爭論不斷，但分層教學可以取得比傳統(tǒng)教學更好的效果已經(jīng)得到普遍認可。

在這里我們借分層教學談?wù)勅绾位诂F(xiàn)代腦科學的經(jīng)驗實現(xiàn)“因材”，即分層的方法，因為這是“施教”的基礎(chǔ)。由于個體認知能力主要以大腦的發(fā)育過程和可塑性為基礎(chǔ)，而不是某個時間點上大腦的發(fā)育水平，所以基于某個測驗成績按照一刀切的方式進行分層是不科學的。但遺憾的是，大部分時候分層都是以一刀切的方式來實現(xiàn)的。20世紀初，基于美國心理學家特曼的研究，美國政府對智商140分以上的1200名天才少年進行非常優(yōu)質(zhì)的教育，期待他們中間產(chǎn)生出一批愛因斯坦。但他們中的絕大多數(shù)并沒有成為科學家。現(xiàn)在，很多中學里面也在實行分層教學。分層的方法也是以某次測驗成績?yōu)橐罁?jù)一刀切地進行。使用這種方式進行分層更可能是對學生已經(jīng)獲得的教育投入的分層。更科學的分層方式是什么？我們很難有明確的答案，但是兼顧大腦的發(fā)育水平和可塑性，以學習成績和學習能力相結(jié)合的方式進行篩選應(yīng)該更科學。現(xiàn)在一些學校已經(jīng)進行了嘗試。比如，將老師在教學中對學生的長期觀察結(jié)果和學生的考試成績相結(jié)合進行分層，前者其實就是對學生學習能力的估計。還有的學校先通過考試對學生進行初步分層，然后在短時間的集中學習后再次組織考試，根據(jù)第二次考試的成績進行再分層，這是對學生學習能力的更好估計。